第4章存储器管理(4)

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2. 改进型Clock置换算法 由访问位A和修改位M可以组合成下面四种类型的页面：
1类(A=0, M=0): 表示该页最近既未被访问， 又未被修改，
是最佳淘汰页。
2类(A=0, M=1)： 表示该页最近未被访问， 但已被修改，
并不是很好的淘汰页。 3类(A=1, M=0)： 最近已被访问， 但未被修改， 该页有 可能再被访问。 4类(A=1, M=1): 被访问。
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解
程序编制方法1： for i:=1 to 100 for j:=1 to 100 A[i,j]:=0; 程序编制方法2： for j:=1 to 100 for i:=1 to 100 A[i,j]:=0;
100
100*100
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影响缺页次数的因素
(1) 分配给进程的物理块数 (2) 页本身的大小 (3) 程序的编制方法 (4) 页淘汰算法
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练习
在页式虚存管理系统中，假定占有m块的进程(初始 所有块均为空)，在长为p的页访问串中具有n个不同 页号(n>m )，试给出缺页次数的上限和下限。 页故障数的上限是P，下限是n，因为FIFO淘汰掉 最先进来的页，而不管其页面以后是否会用到。 极端情况下，可能刚淘汰掉的页又接着要使用。 故页故障上限为P；而不同的页至少有一次页故障 ，故下项为n。
4
0
5000
40
R
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练习
段号 存在位 内存始址 段长 存取控制 其他信息 0 1 2 0 1 1 500 1000 3000 100 W 30 R 200 E
3 4
1 0
8000 5000
80 40
R R
（1）STORE R1,[0,70] (2) STORE R1,[1,20] (3) LOAD R1,[3,20] (4) LOAD R1,[3,100] (5) JMP [2,100]
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练习
内存分配1个物理块装数据，初始时矩阵数据均不在 内存；页面大小为100个整数；矩阵A100X100按行存放 。这两个程序执行时分别会产生多少次缺页中断？ 程序编制方法1： for i:=1 to 100 for j:=1 to 100 A[i,j]:=0; 程序编制方法2： for j:=1 to 100 for i:=1 to 100 A[i,j]:=0;
段名
存在 位P
增补 位
外存 始址
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2、缺段中断机构
检查内存中是否有足够的空闲空间 ①若有，则装入该段，修改有关数据结构， 中断返回 ②若没有，检查内存中空闲区的总和是否 满足要求，是则应采用紧缩技术，转① ； 否则，淘汰一（些）段，转①
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访问[s][w]
3. 地址变换机构
w≤ 段长? 是 符合存取方式? 是 段S在主存? 是 修改访问字段, 如写 访问, 置修改位＝1
页面走向 4 3 2 4 4 3 4 3 2
1
1 3 2
4
3
5
4
5 4 3
3
2
2 4 3
1
2 1 3
5
1 4 2
1 4 3
Байду номын сангаас
2 1 5
M=4时：
页面走向 4 3 2 4 4
3 1 4 3 5 4 3 2 1 5
4
3 2
4
3 2
4
3 5
4 3 5
4
3 1
5 3 1
M=3时缺页次数为10， 缺页率为10/12；M=4时 缺页次数为8，缺页率为 8/12。增加分配给作业 的内存块数，减少了缺 页次数，降低了缺页率 。

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4.7.2 其它置换算法

2、页面缓冲置换算法（PBA） 按照FIFO算法选择需要淘汰的页面，该被淘汰的页面将放 入两个链表中的一个：若页面未被修改过，则将它放入空 闲页面链表的末尾，否则放入已修改页面的链表的末尾。 而这两个表都驻留在内存当中，当该进程以后再次访问这 些页面时，只需花费较少的开销，便可使这些页面返回该 进程的驻留集中。但当修改页面达一定数量时，再将它们 一起(即成簇)写回到磁盘，以减少磁盘的I/O的操作次数， 从而减少磁盘访问时间。
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2) 共享段的回收 当共享此段的某进程不再需要该段时，应将该段释放， 包括撤在该进程段表中共享段所对应的表项，以及执行 count∶=count-1操作。若结果为0，则须由系统回收该共 享段的物理内存，以及取消在共享段表中该段所对应的表 项， 表明此时已没有进程使用该段；否则(减1结果不为0)，
„
„
„
„
„
共享段表
„
图 4-33 共享段表项
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2. 共享段的分配与回收 1) 共享段的分配
在为共享段分配内存时，对第一个请求使用该共享段的进程，由
系统为该共享段分配一物理区，再把共享段调入该区，同时将该区的始 址填入请求进程的段表的相应项中，还须在共享段表中增加一表项，填 写有关数据，把count置为1；之后，当又有其它进程需要调用该共享段 时，由于该共享段已被调入内存，故此时无须再为该段分配内存，而只 需在调用进程的段表中，增加一表项，填写该共享段的物理地址；在共 享段的段表中，填上调用进程的进程名、存取控制等，再执行 count∶=count+1操作，以表明有两个进程共享该段。
环0 调用 环1 调用 环2 返回 环2 数据访问 (a) 程序间的控制传输 (b) 数据访问 返回 环1 数据访问 环0
图 4-34 环保护机构
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练习
假如一个程序的段表如下，其中存在位为1表示段在 内存，存取控制字段中w表示可写，R表示可读，E 表示可执行。对下面的指令在执行时会产生什么样 的结果 段号 存在位 内存始址 段长 存取控制 其他信息 0 1 2 3 0 1 1 1 500 1000 3000 8000 100 W 30 80 R R 200 E
则只是取消调用者进程在共享段表中的有关记录。
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3. 分段保护
1) 越界检查
2) 存取控制检查
(1) 只读 (2) 只执行 (3) 读/写
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3) 环保护机构 一个程序可以调用驻留在相同环或较高特权环中的服务。 一个程序可以访问驻留在相同环或较低特权环中的数 据。
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2) 栈
4
7
0
7
1 1 7 0 4
0 0 1 7 4
1 1 0 7 4
4
7 4
0 7 4
7 0 4
2 2 1 0 7 4
1 1 2 0 7 4
2 2 1 0 7 4
6 6 2 1 0 7
图 4-29 用栈保存当前使用页面时栈的变化情况
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课后习题23

LRU算法：4,3,2,1,4,3,5,4,3,2,1,5,M=3时
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CLOCK算法的循环链表类似与时钟，用 一个指针指向当前最先进入内存的页面。 当发生缺页中断并要求页面淘汰时，首先 检查指针指向的页面的R位。如果它的R位 为“0”，则就把它淘汰，让新的页面进 入它原来占用的内存块，并把指针按顺时 针方向向前移动一个位置；如果它的R位 为“1”，则将其R位清为“0”，然后把 指针按顺时针方向向前移动一个位置，去 重复这一过程，直到找到一个R位为“0” 的页面为止。该算法又称为最近未用算法 （NRU）
4.7.2 最近最久未使用（LRU）置换算法

最近最久未用（LRU）置换算法的着眼点是在要进 行页面置换时，检查这些页面的被访问时间，总是 把最长时间未被访问过的页面置换出去。这是一种 基于程序局部性原理的置换算法。也就是说，该算
法认为如果一个页面刚被访问过，那么不久的将来
被访问的可能性就大；否则被访问的可能性就小。
一步，如果仍失败，必要时再重复第二步，此时就一定能找
到被淘汰的页。
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4.7.2 其它置换算法

1、最少使用（LFU）置换算法 最少使用（LFU）置换算法的着眼点是考虑内存块中页面 的使用频率，它认为在一段时间里使用得最多的页面，将 来用到的可能性就大。因此，当要进行页面淘汰时，总是 把当前使用得最少的页面淘汰出去。 要实现LFU页面淘汰算法，应该为每个内存中的页面设置 一个计数器。对某个页面访问一次，它的计数器就加1。经 过一个时间间隔，把所有计数器都清0。产生缺页中断时， 比较每个页面计数器的值，把计数器取值最小的那个页面 淘汰出去。
1
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4.7.2 最近最久未使用（LRU）置换算法
1. LRU(Least Recently Used)置换算法的描述
引用率 7 0 7 7 0
1 7 0 1
2 2 0 1
0
3 2 0 3
0
4 4 0 3
2 4 0 2
3 4 3 2
0 0 3 2
3
2
1 1 3 2
2
0 1 0 2
1
7 1 0 7
缺页中断 保护性中断 8020 越界中断 3100
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练习
在内存管理中，“内零头”和“外零头”各指的是 什么？在固定式分区分配、动态分区分配、页式虚 拟存储系统、段式虚拟存储系统中，存在何种零头 ？为什么？
内零头是指分配给作业的存储空间中未被利用的部分，外 零头是指系统中无法利用的小存储块。 在固定分区分配中，一个作业的大小并不一定与分区大小 相等，因此分区中有一部分存储空间被浪费掉了。所以固 定式分区分配中存在内零头。 在动态分区分配中，按照一定的分配算法从系统中找出一 个能满足作业需求的空闲分区分配给作业，如果这个空闲 分区的容量比作业申请的空间大则将该区一分为二，一部 分分配给作业，剩下的一部分仍然留作系统的空闲分区。 由此可知动态分区存在外零头。